(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染空気をフィルタアセンブリに通して濾過空気を生成するように構成された、前記フィルタアセンブリに接続されたエアムーバと、
アノードおよびカソードを含むとともに、前記濾過空気を前記フィルタアセンブリから受け入れ、前記濾過空気を電離し、前記濾過空気から放射性同位体を捕獲して清浄空気を生成するように構成された、前記フィルタアセンブリに接続された電離箱と、
を備え、
前記電離箱が、前記電離箱内に前記放射性同位体が過剰に蓄積される前に、前記事故後核分裂生成物除去システムから密閉し分離できるように構成され、
前記電離箱が、前記アノードおよび前記カソードの電荷を維持するように構成された電池電源を有する、
事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項２】
前記エアムーバがブロワまたは真空である、請求項１に記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項３】
前記フィルタアセンブリが、
前記汚染空気を受け入れ、大型ごみを前記汚染空気から最初に分離して、遠心分離済み空気を出力するように構成された遠心分離機と、
活性炭を含むとともに、前記遠心分離済み空気を受け入れ、前記活性炭に親和性をもつガスを除去して、炭素フィルタ処理済み空気を出力するように構成された、前記遠心分離機に接続された活性炭フィルタと、
前記炭素フィルタ処理済み空気を受け入れ、前記活性炭フィルタを逃れたより小さな微粒子を除去して、ＨＥＰＡフィルタ処理済み空気を出力するように構成された、前記活性炭フィルタに接続された高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィルタと、
を含む、請求項１または２に記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項４】
前記アノードおよび前記カソードが前記電離箱内の帯電プレートの形態である、請求項１から３のいずれかに記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項５】
前記帯電プレートが平行に配列された、請求項４に記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項６】
前記アノードおよび前記カソードがそれぞれ少なくとも２枚の帯電プレートの形態である、請求項４または５に記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項７】
前記アノードおよび前記カソードそれぞれの前記少なくとも２枚の帯電プレートが互いに交互に配列された、請求項６に記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項８】
前記電離箱が、前記フィルタアセンブリからの前記濾過空気が前記アノードと前記カソードとの間を通る流路へと導かれるように構成された、請求項１から７のいずれかに記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項９】
前記放射性同位体を質量に基づいて分離するように構成された、前記フィルタアセンブリと前記電離箱との間に接続されたレーザー分離器をさらに備える、請求項１から８のいずれかに記載の事故後核分裂生成物除去システム。
【請求項１０】
放射性同位体を含有する汚染空気を濾過して、濾過空気を生成するステップと、
前記放射性同位体の静電捕獲を促進して清浄空気を生成するため、帯電プレートと電源電池とを備える電離箱により前記濾過空気を電離するステップと、
を含み、
前記放射性同位体の静電捕獲が前記帯電プレートを用いて行われ、
前記電池電源を使用して前記帯電プレートの電荷を維持するステップをさらに含む、
事故後核分裂生成物を除去する方法。
【請求項１１】
前記濾過するステップが、
前記汚染空気を遠心分離して大型ごみを分離して、遠心分離済み空気を出力するステップと、
活性炭に親和性をもつガスを除去して、炭素フィルタ処理済み空気を出力するため、前記活性炭を用いて前記遠心分離済み空気を炭素フィルタ処理するステップと、
前記炭素フィルタ処理を逃れたより小さな微粒子を除去して、ＨＥＰＡフィルタ処理済み空気を出力するため、前記炭素フィルタ処理済み空気を高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィルタに通すステップと、
を含む、請求項１０に記載の事故後核分裂生成物を除去する方法。
【請求項１２】
前記電離するステップが、前記濾過空気中の前記放射性同位体を電離するのに十分な大きさの電位に前記濾過空気を暴露することを含む、請求項１０または１１記載の事故後核分裂生成物を除去する方法。
【請求項１３】
前記放射性同位体の静電捕獲が、前記帯電プレート間に前記濾過空気を流すステップを含む、請求項１０から１２のいずれかに記載の事故後核分裂生成物を除去する方法。
【請求項１４】
前記放射性同位体の静電捕獲が、少なくとも二対の対向する帯電プレートを用いて行われる、請求項１０から１３のいずれかに記載の事故後核分裂生成物を除去する方法。
【請求項１５】
前記放射性同位体の静電捕獲が、少なくとも二対の交互に配列されたプレートを用いて行われる、請求項１０から１３のいずれかに記載の事故後核分裂生成物を除去する方法。
【請求項１６】
前記濾過空気を電離する前に、質量に基づいて前記放射性同位体を分離するため、前記濾過空気をレーザーに暴露するステップをさらに含む、請求項１０に記載の事故後核分裂生成物を除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性生成物除去システムおよび放射性生成物を除去する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉事故の後、損傷した核燃料によって水素が生成されることがある。生成水素は、潜在的な燃焼および爆発の危険を引き起こす。例えば、原子炉の一次格納施設およびそれに関連する原子炉室は、生成水素を蓄積し、爆発を起こす可能性がある。爆発のリスクを減少させるため、格納施設の水素濃度を通気によって低減することができる。通気は他の状況における安全対策としても使用されることがある。しかし、通気によって有害な核分裂生成物が環境に放出されることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，９８０，８７１号明細書
【発明の概要】
【０００４】
事故後核分裂生成物除去システムは、フィルタアセンブリに接続されたエアムーバ（air mover）を含んでもよい。エアムーバは、汚染空気をフィルタアセンブリに通して濾過空気を生成するように構成されてもよい。電離箱がフィルタアセンブリに接続されてもよい。電離箱はアノードおよびカソードを含んでもよい。電離箱は、濾過空気をフィルタアセンブリから受け入れ、濾過空気を電離し、そこから放射性同位体を捕獲して、清浄空気を生成するように構成されてもよい。
【０００５】
事故後核分裂生成物を除去する方法は、放射性同位体を含有する汚染空気を濾過して、濾過空気を生成するステップを含んでもよい。濾過空気は、放射性同位体の静電捕獲（electrostatic capture）を促進して清浄空気を生成するため、電離されてもよい。
【０００６】
本明細書における非限定的な実施形態の様々な特徴および利点は、詳細な説明を添付図面と併せ読むことによってより明白になり得る。添付図面は単に例示の目的で提供されるものであり、請求項の範囲を限定するものと解釈すべきでない。添付図面は、明示的に言及しない限り、縮尺通りに描写されたものとして見なさないものとする。明瞭にするため、図面の寸法は誇張されていることがある。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の非限定的な一実施形態による事故後核分裂生成物除去システムの概略図である。
【図２】本発明の非限定的な一実施形態による別の事故後核分裂生成物除去システムの概略図である。
【図３】本発明の非限定的な一実施形態による別の事故後核分裂生成物除去システムの概略図である。
【図４】本発明の非限定的な一実施形態による事故後核分裂生成物を除去する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ある要素もしくは層が、別の要素もしくは層「の上にある」、「に接続される」、「に連結される」、または「を覆う」ものとして言及するとき、直接その別の要素もしくは層の上にある、それに接続される、それに連結される、またはそれを覆うか、あるいは介在する要素もしくは層が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、ある要素が別の要素または層「の上に直接ある」、「に直接接続される」、または「に直接連結される」ものとして言及するとき、介在する要素もしくは層は存在しない。明細書全体を通して、同様の番号は同様の要素を指す。本明細書で使用するとき、「および／または」という用語は、関連する列挙項目の１つまたは複数のあらゆる組み合わせを含む。
【０００９】
本明細書において、第１、第２、第３などの用語を使用して、様々な要素、構成要素、領域、層、および／または区画を説明することがあるが、それらの要素、構成要素、領域、層、および／または区画はそれらの用語によって限定されるべきものでないことを理解されたい。これらの用語は単に、１つの要素、構成要素、領域、層、または区画と、別の領域、層、または区画とを区別するのに使用される。したがって、以下で論じる第１の要素、構成要素、領域、層、または区画は、例示の実施形態の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層、または区画と称することができる。
【００１０】
本明細書において、空間に関連する用語（例えば、「下方」、「下」、「下側」、「上」、「上側」など）は、図面に示されるような、１つの要素または特徴と別の要素（１つもしくは複数）または特徴（１つもしくは複数）との関係を簡単に説明するのに使用されることがある。空間に関連する用語は、図面に示される向きに加えて、使用中または動作中のデバイスの様々な向きを包含するものとすることを理解されたい。例えば、図中のデバイスが反転している場合、他の要素または特徴の「下」もしくは「下方」にあるものとして説明される要素は、その他の要素または特徴の「上」にあることになる。したがって、「下」という用語は、上および下の両方の向きを包含することがある。デバイスは、違う向き（９０°回転もしくは別の向き）のことがあり、本明細書で使用する空間に関連する記述子は適宜解釈されることがある。
【００１１】
本明細書で使用する用語は、単に様々な実施形態を説明するためのものであり、例示の実施形態を限定するものではない。本明細書で使用するとき、「ａ」「ａｎ」、および「ｔｈｅ」という単数形は、文脈において明示しない限り、複数形も含むものとする。さらに、「含む」、「含んでいる」、「備える」、および／または「備えている」という用語は、本明細書で使用するとき、規定した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を指定するものであるが、１つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在あるいは追加を除外するものではない。
【００１２】
例示の実施形態について、例示の実施形態の理想的な実施形態（および／または中間構造体）を概略的に示す断面図を参照して本明細書に記載する。そのため、例えば、製造技術および／または公差によって生じる、図面の形状とのばらつきが予期される。したがって、例示の実施形態は、本明細書で示される領域の形状に限定されるものとして解釈すべきではなく、例えば製造によって生じる、形状のばらつきを含むものとする。したがって、図面に示される領域は本質的に概略であり、それらの形状はデバイスの領域の実際の形状を示すものではなく、例示の実施形態の範囲を限定するものではない。
【００１３】
特に定義しない限り、本明細書で使用するすべての用語（技術用語および科学用語を含む）は、例示の実施形態が属する技術の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。さらに、用語は、一般に使用される辞書で定義されている用語を含めて、関連技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するものとして解釈すべきであり、本明細書で明示的に定義しない限り、理想的なまたは過度に形式的な意味合いで解釈されないことが理解されるであろう。
【００１４】
図１は、本発明の非限定的な一実施形態による事故後核分裂生成物除去システムの概略図である。図１を参照すると、事故後核分裂生成物除去システム１００は、フィルタアセンブリ１０６に接続されたエアムーバ１０４を含む。エアムーバ１０４は、汚染空気１０２をフィルタアセンブリ１０６に通して、濾過空気１１５を生成するように構成されてもよい。例示の実施形態はそれに限定されないが、エアムーバ１０４はブロワまたは真空であってもよい。
【００１５】
フィルタアセンブリ１０６は、遠心分離機１０６ａ、活性炭フィルタ１０６ｂ、および／または高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィルタ１０６ｃを含んでもよい。図１では、エアムーバ１０４は遠心分離機１０６ａと一体化されたものとして示されているが、例示の実施形態はそれに限定されないことを理解されたい。例えば、エアムーバ１０４および遠心分離機１０６ａは個別の独立した機器部品であってもよい。
【００１６】
遠心分離機１０６ａは、汚染空気１０２を受け入れ、大型ごみを汚染空気１０２から最初に分離して、遠心分離済み空気（centrifuged air）１０８を出力するように構成されてもよい。例えば、遠心分離機１０６ａは、混入しているエアロゾル粒子および／またはごみを空気から分離してもよい。活性炭フィルタ１０６ｂは遠心分離機１０６ａに接続されてもよい。活性炭フィルタ１０６ｂは活性炭を含んでもよい。活性炭フィルタ１０６ｂは、遠心分離空気１０８を受け入れ、活性炭に親和性をもつガスを除去して、炭素フィルタ処理済み空気（carbon-filtered air）１１０を出力するように構成されてもよい。高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィルタ１０６ｃは活性炭フィルタ１０６ｂに接続されてもよい。高性能微粒子除去フィルタ１０６ｃは、炭素フィルタ処理済み空気１１０を受け入れ、活性炭フィルタ１０６ｂを逃れたより小さな微粒子を除去して、ＨＥＰＡフィルタ処理済み空気（HEPA-filtered air）１１２を出力するように構成されてもよい。例えば、高性能微粒子除去フィルタ１０６ｃは、０．３マイクロメートルよりも大きな粒子全体の９９．９７％を、フィルタを通過する空気から除去してもよい。
【００１７】
電離箱１１６がフィルタアセンブリ１０６に接続されてもよい。電離箱１１６はアノード１１８およびカソード１２０を含む。アノード１１８は正荷電されてもよく、カソード１２０は負荷電されてもよい。アノード１１８およびカソード１２０は、電離箱１１６内の帯電プレート１２２の形態であってもよい。例えば、アノード１１８は１枚の帯電プレート１２２の形態であってもよく、カソード１２０は別の帯電プレート１２２の形態であってもよい。かかる例では、電離箱１１６内に２枚の帯電プレート１２２があることになる。別の非限定的な実施形態では、アノード１１８およびカソード１２０はそれぞれ、少なくとも２枚の帯電プレート１２２の形態であってもよい。かかる例では、電離箱１１６内に少なくとも４枚の帯電プレート１２２があることになる。アノード１１８およびカソード１２０それぞれの少なくとも２枚の帯電プレート１２２は、互いに交互に配列されてもよい。帯電プレート１２２はまた、平行に配列されてもよい。本明細書で考察する様々な実施形態は、提示のために簡略化した例にすぎないことを理解されたい。上述したように、電離箱の大きさ（サイズ、直径）に応じて、多数のプレート対があってもよいことを理解されたい。
【００１８】
帯電プレート１２２は平面状であってもよい。あるいは、帯電プレート１２２は曲面状であってもよい。例えば、電離箱１１６が円筒の形態である場合、帯電プレート１２２は、電離箱１１６の内部輪郭に沿うように湾曲させてもよい。帯電プレート１２２の表面は平滑であるか、またはパターン化してもよい。例えば、帯電プレート１２２の少なくとも１枚の表面は、山形パターンを有してもよい。
【００１９】
電離箱１１６は、濾過空気１１５をフィルタアセンブリ１０６から受け入れ、濾過空気１１５を電離し、そこから放射性同位体を捕獲して、清浄空気１２４を生成するように構成されてもよい。例えば、電離箱１１６は、フィルタアセンブリ１０６からの濾過空気１１５が、アノード１１８とカソード１２０との間を通る流路へと導かれるように構成されてもよい。
【００２０】
電離箱１１６はまた、電離箱１１６内に放射性同位体が過剰に蓄積される前に、事故後核分裂生成物除去システム１００から密閉し分離できるように構成されてもよい。密閉された電離箱１１６は新しい電離箱と置き換えられてもよい。電離箱１１６はキャニスタ型の容器であってもよい。電離箱１１６はまた、電離箱１１６の密閉および分離中に放射性同位体が漏洩するのを防ぐため、アノード１１８およびカソード１２０の電荷を維持するように構成された電池電源を有してもよい。密閉され分離された電離箱１１６内の捕獲された放射性同位体は、処理され、かつ／または放射性同位体が崩壊するのに十分な期間の間（様々な放射性同位体は比較的短い半減期を有する）、密閉された電離箱１１６に長期的に閉じ込められてもよい。
【００２１】
事故後核分裂生成物除去システム１００は、フィルタアセンブリ１０６と電離箱１１６との間に接続されたレーザー分離器１１４をさらに含んでもよい。かかる例では、ＨＥＰＡフィルタ処理済み空気１１２をレーザー分離器１１４によって付加的に処理して、濾過空気１１５を得てもよい。レーザー分離器１１４は、質量に基づいてＨＥＰＡフィルタ処理済み空気１１２中の放射性同位体を分離するように構成されてもよい。その結果、放射性同位体が濾過空気１１５中にあるものの、放射性同位体はレーザー分離器１１４のおかげで質量によって分離されることになる。例えば、より大きい質量の放射性同位体の軌道は、より小さい質量の放射性同位体よりもレーザーの運動量による影響を受けにくくなる。
【００２２】
事故後核分裂生成物除去システム１００によって除去される放射性同位体は、損傷もしくは溶融した燃料に由来するもの、および／または火災による汚染燃焼生成物に由来するものであり得るが、例示の実施形態はそれらに限定されない。事故後核分裂生成物除去システム１００は、比較的狭い面積を換気し清浄化するのに使用することができる可搬型システムとして設計されてもよい。例えば、可搬型システムは象鼻型（elephant trunk type）のシステムであってもよい。あるいは、事故後核分裂生成物除去システム１００は、広い面積（例えば、ドライウェル一次格納施設の原子炉建屋室）を換気し清浄化する現場機器として設計されてもよい。
【００２３】
図２は、本発明の非限定的な一実施形態による別の事故後核分裂生成物除去システムの概略図である。図２を参照すると、事故後核分裂生成物除去システム１００は、電離箱１１６内のアノード１１８およびカソード１２０がそれぞれ３枚の帯電プレート１２２の形態であってもよいことを除いて、図１に関して記載したようなものであってもよい。したがって、３枚の帯電プレート１２２がアノード１１８に対応し、３枚の帯電プレート１２２がカソード１２０に対応する、６枚の帯電プレート１２２が電離箱１１６内に存在してもよい。カソード１２０に対応する３枚の帯電プレート１２２は正荷電されてもよく、アノード１１８に対応する３枚の帯電プレート１２２は負荷電されてもよい。アノード１１８に対応する３枚の帯電プレート１２２は、カソード１２０に対応する３枚の帯電プレート１２２と交互に配列されてもよい。
【００２４】
図２では、電離箱１１６内のアノード１１８およびカソード１２０はそれぞれ３枚の帯電プレート１２２の形態であるものとして示されているが、例示の実施形態はそれに限定されないことを理解されたい。例えば、電離箱１１６内のアノード１１８およびカソード１２０はそれぞれ、２枚の帯電プレート１２２（合計４枚の帯電プレート１２２の場合）、あるいは４枚以上の帯電プレート１２２（合計８枚以上の帯電プレート１２２の場合）の形態であってもよい。
【００２５】
図３は、本発明の非限定的な一実施形態による別の事故後核分裂生成物除去システムの概略図である。図３を参照すると、事故後核分裂生成物除去システム１００は、電離箱１１６内のアノード１１８およびカソード１２０それぞれに対応する帯電プレート１２２が複数の帯状片の形態であってもよいことを除いて、図１〜２に関して記載したようなものであってもよい。アノード１１８に対応する複数の帯状片は、カソード１２０に対応する複数の帯状片と交互に配列されてもよい。アノード１１８に対応する複数の帯状片はまた、第１の方向に延在してもよく、カソード１２０に対応する複数の帯状片は第２の方向に延在してもよい。非限定的な一実施形態では、アノード１１８に対応する複数の帯状片は、カソード１２０に対応する複数の帯状片に対して直交して延在してもよい。
【００２６】
図４は、本発明の非限定的な一実施形態による事故後核分裂生成物を除去する方法のフローチャートである。図４を参照すると、事故後核分裂生成物を除去する方法は、ステップＳ１００およびＳ２００を含んでもよい。ステップＳ１００は、放射性同位体を含有する汚染空気を濾過して、濾過空気を生成することを含んでもよい。ステップＳ２００は、放射性同位体の静電捕獲を促進して清浄空気を生成するため、濾過空気を電離することを含んでもよい。
【００２７】
Ｓ１００における濾過は、汚染空気を遠心分離して大型ごみを分離して、遠心分離済み空気を出力することを含んでもよい。遠心分離済み空気は、活性炭に親和性をもつガスを除去して、炭素フィルタ処理済み空気を出力するため、活性炭を用いて炭素フィルタ処理されてもよい。炭素フィルタ処理済み空気は、炭素フィルタ処理を逃れたより小さな微粒子を除去して、ＨＥＰＡフィルタ処理済み空気を出力するため、高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィルタに通されてもよい。その結果、電離箱に総汚染物質が入るのを防ぐことができ、それによって電離箱の閉塞の発生が低減される。
【００２８】
Ｓ２００における電離は、濾過空気中の放射性同位体を電離するのに十分な大きさの電位に濾過空気を暴露することを含んでもよい。放射性同位体の静電捕獲は帯電プレートを用いて行われてもよい。例えば、放射性同位体の静電捕獲は、帯電プレート間に濾過空気を流すことを含んでもよい。放射性同位体の静電捕獲は、少なくとも二対の対向する帯電プレート（合計少なくとも４枚の帯電プレートの場合）を用いて行われてもよいが、例示の実施形態はそれに限定されない。例えば、放射性同位体の静電捕獲は一対のみの対向する帯電プレートを用いて行われてもよい。二対以上の帯電プレートが使用されるとき、帯電プレートは互いに交互に配列されてもよい。
【００２９】
放射性同位体の静電捕獲はまた、帯電プレートの除去中に放射性同位体が漏洩するのを防ぐため、電池電源を使用して帯電プレートの電荷を維持することを含んでもよい。事故後核分裂生成物を除去する方法はさらに、濾過空気を電離する前に、質量に基づいて放射性同位体を分離するため、濾過空気をレーザーに暴露することを含んでもよい。
【００３０】
多数の例示の実施形態を本明細書に開示してきたが、他の変形例が可能であってもよいことを理解されたい。かかる変形例は、本開示の趣旨および範囲から逸脱するものと見なすべきではなく、当業者には自明であるような修正はすべて、以下の請求項の範囲内に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３１】
１００  事故後核分裂生成物除去システム
１０２  汚染空気
１０４  エアムーバ
１０６  フィルタアセンブリ
１０６ａ  遠心分離機
１０６ｂ  活性炭フィルタ
１０６ｃ  高性能微粒子除去（ＨＥＰＡ）フィルタ
１０８  遠心分離済み空気
１１０  炭素フィルタ処理済み空気
１１２  ＨＥＰＡフィルタ処理済み空気
１１４  レーザー分離器
１１５  濾過空気
１１６  電離箱
１１８  アノード
１２０  カソード
１２２  帯電プレート
１２４  清浄空気
Ｓ１００  放射性同位体を含有する汚染空気を濾過して濾過空気を生成する
Ｓ２００  放射性同位体の静電捕獲を促進して清浄空気を生成するため、濾過空気を電離する
【図１】
0005767621.tif 000002
【図２】
0005767621.tif 000003
【図３】
0005767621.tif 000004
【図４】
0005767621.tif 000005